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Oberwellenbasierte Modellierung, Regelung und Auslegung von Permanentmagnet- und Reluktanz-Synchronmaschinen = Harmonic-based modeling, control and design of permanent magnet and reluctance synchronous machines
2021 & 2020
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021
Genehmigende Fakultät
Fak06
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-04-24
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-02537
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/815233/files/815233.pdf
Einrichtungen
- Lehrstuhl für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (614510)
- Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (614500)
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Drehmomentwelligkeit (frei) ; Oberschwingung (frei) ; Oberwellen (frei) ; Reluktanz-Synchronmaschine (frei) ; Verluste (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3
Kurzfassung
Durch die fortschreitende Automatisierung in der Industrie und Elektromobilität erfahren kompakte und effiziente Synchronmaschinen eine erhöhte Aufmerksamkeit. Permanentmagnet-Synchronmaschinen sind aufgrund der hohen Effizienz und Leistungsdichte gefragt. Reluktanz-Synchronmaschinen zeichnen sich hingegen durch den kostengünstigen und robusten Aufbau aus. Das geforderte kompakte Bauvolumen führt dabei zu magnetisch hoch ausgenutzten Maschinen wodurch starke Sättigungseffekte auftreten. In dieser Arbeit werden Modelle und Verfahren zur Antriebsanalyse unter Berücksichtigung der Oberwellen und Oberschwingungen vorgestellt. Das Maschinenmodell mit Raumharmonischen und die dynamische Verlustmodellierung erlauben die Analyse unterschiedlicher Regelungskonzepte ohne gekoppelte Finite Elemente Modelle (FEM). Die vorgestellten Modelle werden anhand von FEM Berechnungen oder direkt mit Messdaten parametriert. Anschließend wird ein Regelungskonzept zur Reduktion der Oberschwingungen erläutert. Darüber hinaus werden Auslegungsmethoden für kompakte Reluktanz-Synchronmaschinen aufgezeigt und validiert. Ausgehend von der analytischen Vorauslegung, wird eine Optimierung des elektromagnetischen Entwurfs anhand der statistischen Versuchsplanung analysiert. Weiterhin wird für eine Reluktanz-Synchronmaschine ein effektives Verfahren zur Reduktion der Drehmomentwelligkeit durch asymmetrische Barrierenstrukturen vorgestellt. Abschließend wird die Modifikation von Elektroblech zur Reduktion des Streuflusses im Rotor vorgestellt.Due to the progressing automation in industry and e-mobility, compact and efficient synchronous machines are receiving increased attention. Permanent magnet synchronous machines are in demand for their high efficiency and power density. Reluctance synchronous machines, on the other hand, are characterized by their cost-effective and robust design. The required compact design volume leads to highly magnetically utilized machines resulting in strong saturation effects. This thesis presents models and methods for drive analysis considering these harmonics. The machine model with spatial harmonics and the dynamic loss mapping allow the analysis of different control concepts without coupled finite element models (FEM). The presented models are parameterized using FEM calculations or directly with measured data. Subsequently, a control concept for the reduction of current harmonics is explained. Furthermore, design methods for compact reluctance synchronous machines are presented and validated. Based on the analytical predesign, an optimization of the electromagnetic design is analyzed using the statistical design of experiments method. Furthermore, an effective method for torque ripple reduction using asymmetric barrier structures is introduced for reluctance synchronous machines. Finally, the modification of electrical sheet to reduce the leakage flux in the rotor is presented.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT020892762
Interne Identnummern
RWTH-2021-02537
Datensatz-ID: 815233
Beteiligte Länder
Germany
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